EP0814288B1 - Sealing device for an annular gap between a casing and a shaft - Google Patents

Sealing device for an annular gap between a casing and a shaft Download PDF

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EP0814288B1
EP0814288B1 EP97102610A EP97102610A EP0814288B1 EP 0814288 B1 EP0814288 B1 EP 0814288B1 EP 97102610 A EP97102610 A EP 97102610A EP 97102610 A EP97102610 A EP 97102610A EP 0814288 B1 EP0814288 B1 EP 0814288B1
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sealing
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cylindrical
sealing lip
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Rolf Drucktenhengst
Uwe Heinrich
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3248Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports
    • F16J15/3252Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports
    • F16J15/3256Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals

Description

Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen einem Gehäuse und einer im Gehäuse gelagerten Welle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for sealing the Annular gap between a housing and one mounted in the housing Shaft according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 4,669,895 bekannt. Die Vorrichtung ist an einer zum Außenraum gerichteten Stirnseite des Dichtkörpers mit einer Nut versehen, die in Umfangsrichtung verläuft, so dass sich in der Nut ablagernde Schmutzbestandteile die Sogwirkung der ersten Dichtlippe beeinträchtigen können. Die Folge davon ist, dass der Austritt von Schmiermittel aus dem Gehäuseinneren nicht zuverlässig verhindert werden kann.Such a device is known from US 4,669,895. The device is on an end facing the outside of the sealing body with a groove in the circumferential direction runs, so that it deposits in the groove Dirt constituents impair the suction effect of the first sealing lip can. The result of this is that the exit of lubricant from the inside of the housing is not reliable can be prevented.
Kassettendichtungen werden benötigt, wenn Wellen, die am stinseitigen Ende mit einer Radialverzahnung versehen sind, durch einen bereits in ein Gehäuse eingesetzten Dichtring axial hindurch geführt werden müssen und die preisgünstigeren Radialwellendichtringe (ohne Innenring) nicht brauchbar sind, weil dabei die Gefahr besteht, daß deren Dichtlippe bei der Montage druch die Welle beschädigt wird. Insbesondere bei endseitig als Vielkeilwelle ausgebildeten Wellen sind die vergleichsweisen weichen Dichtkörper bei der Vorrichtung ohne Innenring gefährdet.Cassette seals are required if shafts that are on radial end are provided with radial teeth, through a sealing ring already inserted in a housing must be passed axially and the cheaper Radial shaft seals (without inner ring) are not usable, because there is a risk that their sealing lip at Installation by which the shaft is damaged. Especially at Shafts formed at the end as multi-spline shafts are comparative soft sealing body in the device without an inner ring endangered.
Bei der gattungsmäßigen Vorrichtung besteht diese Gefahr nicht. Sie weist gleichwohl aber noch eine Reihe von Nachteilen auf.
Da die zweite Dichtlippe nur aufgrund ihrer Eigenelastizität am Innenring anliegt, kann der Austritt von Teilen der Fettfüllung aus dem Raum zwischen erster und zweiter Dichtlippe nicht völlig ausgeschlossen werden. Diese Fettkeile werden durch den Innenring auf Wellendrehzahl beschleunigt und wandern dann über den radialen Flanschteil und den kürzeren Zylinderteil nach außen ab, ohne daß dies von der dritten Dichtlippe in nennenswertem Umfang verhindert werden könnte. Diese Fettkeile sind nicht nur unwiederbringlich verloren, sondern verschmutzen auch die Umgebung.
This danger does not exist with the generic device. However, it still has a number of disadvantages.
Since the second sealing lip only rests on the inner ring due to its inherent elasticity, the escape of parts of the grease filling from the space between the first and second sealing lip cannot be completely ruled out. These grease wedges are accelerated to the shaft speed by the inner ring and then migrate outward via the radial flange part and the shorter cylinder part, without this being prevented to any significant extent by the third sealing lip. These fat wedges are not only irretrievably lost, they also pollute the environment.
Wenn schließlich der Fettvorrat aufgebraucht ist, laufen die zweite und dritte Dichtlippe trocken, was über kurz oder lang zu deren Zerstörung führt, einerseits infolge Reibung und andererseits infolge einer Erwärmung auf für das Gummimaterial der Dichtlipppe unverträgliche Temperaturen.When the fat supply is finally used up, they run second and third sealing lip dry, what sooner or later leads to their destruction, on the one hand due to friction and on the other hand as a result of heating up for the rubber material the sealing lip incompatible temperatures.
Derselbe Effekt tritt auch auf, wenn aufgrund sich im Betrieb ausbildender Druckunterschiede der Fettvorrat eher über die erste Dichtlippe nach innen wandert. In diesem Fall läuft die dritte Dichtlippe von Anfang an trocken und die zweite, sobald nur ein geringer Teil der Fettfüllung abgewandert ist.The same effect also occurs when due to the operation forming pressure differences the fat reserve rather over the first sealing lip moves inwards. In this case it runs third sealing lip dry from the start and the second as soon as only a small part of the fat filling has migrated.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Daraus ergibt sich die Aufgabe, die gattungsmäßige Vorrichtung so weiter zu bilden, daß die geschilderten Nachteile nicht auftreten können, ohne daß ihre Vorzüge bei der Wellenmontage verloren gehen. Außerdem sollen die gesuchten Maßnahmen so beschaffen sein, daß das Ziel ohne nennenswerte Mehrkosten erreicht wird, weil es sich dabei um in großen Stückzahlen gefertigte Bauteile handelt, die am Markt einem erheblichen Konkurrenzdruck unterliegen.Hence the task, the generic device so that the disadvantages described cannot occur without their advantages in shaft assembly get lost. In addition, the measures sought should be designed in such a way that the destination has no significant additional costs is achieved because it is in large numbers manufactured components that are significant on the market Subject to competitive pressure.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen den Enden der zweiten und dritten Dichtlippe und den gegenüberliegenden Teilen des Innenrings jeweils ein Spalt vorgesehen ist, damit eine berührungsfreie Relativbewegung zwischen dem Innenring und diesen Dichtlippen möglich ist.To solve this problem, the invention proposes that between the ends of the second and third sealing lip and the opposite parts of the inner ring Gap is provided so that a non-contact relative movement possible between the inner ring and these sealing lips is.
Dem liegt die Erwägung zugrunde, daß die als zusätzliche Staubdichtung der ersten Dichtlippe luftseitig vorgeschaltete zweite und dritte Dichtlippe in der bekannten Anordnung auf Dauer nicht betriebssicher sein können, weil früher oder später ein Trockenlaufen eintritt und die Dichtlippe dann durch Reibung und Überhitzung vorzeitig zerstört werden. Die nunmehr vorgesehenen, berührungslos wirkenden, luftseitig der ersten Dichtlippe vorgeschalteten Dichtlippen sind als Staubdichtung ausreichend effektiv, zumal zwischen dem flanschartigen Teil des Innenrings und der diesem gegenüberliegenden radialen Ringscheibe des Dichtkörpers ein weiterer, enger Dichtspalt vorgesehen ist und gegebenenfalls zwischen der dritten Dichtlippe und der sich radial erstreckenden Ringscheibe des Dichtkörpers sich ansammelnder Staub nur auf den Innenring gelangen kann und von diesem nach außen abgeschleudert wird. Auf diese Weise ist eine dreifach wirkende Labyrinthdichtung geschaffen, die keinen Verschleiß durch aneinanderreibende Teile aufweist und daher über wesentlich längere Betriebszeiten eine gleichbleibende Wirkung aufweist als die Vorrichtung, von der ausgegangen wurde. Dafür ist es offenbar auch von Bedeutung, daß die während der bestimmungsgemäßen Verwendung kontinuierlich von der Dichtlippe angesogene und in Richtung des abgedichteten Raumes geförderte Luftströmung dazu beiträgt, zu verhindern, daß die Fettfüllung vorzeitig verloren geht.This is based on the consideration that the as additional Dust seal upstream of the first sealing lip second and third sealing lip in the known arrangement Duration cannot be reliable because sooner or later a dry running occurs and then the sealing lip through Friction and overheating can be destroyed prematurely. The now provided, non-contact, air side of the first sealing lip upstream sealing lips are used as a dust seal sufficiently effective, especially between the flange-like Part of the inner ring and the opposite one radial washer of the sealing body another, closer Sealing gap is provided and, if necessary, between the third sealing lip and the radially extending Dust on the washer only collects dust can reach the inner ring and flung from it to the outside becomes. This way is a triple acting Labyrinth seal created that does not wear through rubbing Has parts and therefore essential longer operating times has a constant effect than the device that was the starting point. It is for that apparently also important that during the intended Use continuously sucked in by the sealing lip and conveyed towards the sealed space Air flow helps prevent the grease filling is lost prematurely.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Ansprüchen 2 bis 16 beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Advantageous embodiments of the inventive concept are in claims 2 to 16 described. more details are based on the embodiment shown in Fig. 1 explained in more detail.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab. Die Vorrichtung aus einem Innenring besteht im wesentlichen aus einem Innenring 1, einem Außenring 5 und einem Dichtkörper 8. Der Innenring 1 weist einen längeren Zylinderteil 2, einen radial nach außen weisenden Flanschteil 3 und einen kurzen Zylinderteil 4 auf und stimmt insoweit mit dem Innenring der bekannten Vorrichtung überein. Der Außenring 5 umfaßt ein Zylinderteil 6 und einen radial nach innen weisenden Flanschteil 7 auf. Der Dichtkörper 8 ist einstückig aus elastomerem Material gebildet und hat eine erste Dichtlippe 9, die unter Vorspannung gegen den längeren Zylinderteil 2 des Innenrings 1 anliegt. Am Dichtkörper 8 sind zwei weitere Dichtlippen 10 und 11 ausgebildet, von denen die erste zum längeren Zylinderteil 2 und die zweite zum Flanschteil 3 hinweist. Zwischen den Enden 12, 13 der Dichtlippen 10, 11 und den ihnen gegenüberliegenden Teilen des Innenrings 1 sind Spalte 14 und 15 vorgesehen, so daß in diesem Bereich eine berührungsfreie Relativbewegung möglich ist. Die dritte Dichtlippe 11 ragt in den zwischen den längeren und kürzeren Zylinderteilen 2, 4 des Innenrings 1 gebildeten Raum 16. Das Ende des kurzen Zylinderteils 4 ist nach außen abgewinkelt, wodurch ein als Spritzring dienender, flanschartiger Teil 17 gebildet wird. Der Dichtkörper 8 weist eine sich radial erstreckende Ringscheibe 18 auf, die dem flanschartigen Teil 17 des Innenrings 1 durch einen Spalt 19 beabstandet gegenüberliegt. Um die Montage der Welle zu erleichtern, ist der längere Zylinderteil 2 des Innenrings 1 an seinem axial äußeren Ende (2 a) mit einem sich kegelartig erweiternden Abschnitt 20 versehen. An seinem axial inneren Ende (2 b) ist am längeren Zylinderteil 2 des Innenrings 1 ein nach außen weisender Kragen 21 vorgesehen, durch den sichergestellt wird, daß Innen- und Außenring vom Ende der Fertigungsstrecke bis zum Einbau in das Gehäuse unverlierbar miteinander verbunden bleiben. Anstelle eines umlaufenden Kragens 21 können auch mehrere, am Umfang verteilte, radial nach außen weisende Abwinkelungen vorgesehen werden.Fig. 1 shows a longitudinal section through half of a device according to the invention on a greatly enlarged scale. The device consists of an inner ring essentially of an inner ring 1, an outer ring 5 and a sealing body 8. The inner ring 1 has a longer cylinder part 2, a radially outwardly facing flange part 3 and one short cylinder part 4 and so far agrees with the inner ring the known device. The outer ring 5 comprises a cylinder part 6 and a radially inward Flange part 7 on. The sealing body 8 is made in one piece from elastomer Formed material and has a first sealing lip 9, the under tension against the longer cylinder part 2 of the Inner ring 1 is applied. There are two more on the sealing body 8 Sealing lips 10 and 11 are formed, of which the first to longer cylinder part 2 and the second to the flange part 3 indicates. Between the ends 12, 13 of the sealing lips 10, 11 and the parts of the inner ring 1 opposite them Columns 14 and 15 are provided, so that a non-contact relative movement is possible. The third Sealing lip 11 projects between the longer and shorter ones Cylinder parts 2, 4 of the inner ring 1 formed space 16. Das The end of the short cylinder part 4 is angled outwards, whereby a flange-like part 17 serving as a splash ring is formed. The sealing body 8 has a radially extending Washer 18 on the flange-like part 17th of the inner ring 1 is spaced apart by a gap 19. To facilitate the assembly of the shaft, the longer one is Cylinder part 2 of the inner ring 1 on its axially outer End (2 a) with a conically widening section 20 provided. At its axially inner end (2 b) is longer Cylinder part 2 of the inner ring 1 facing outward Collar 21 provided, which ensures that interior and outer ring from the end of the production line to Installation in the housing captively connected stay. Instead of a circumferential collar 21 can also several, distributed around the circumference, pointing radially outwards be provided.
Die erste Dichtlippe 9 ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet und liegt mit der Keilspitze 22 am Innenring 1 an. Die axial äußere Keilfläche 22 a weist vom längeren Zylinderteil 2 des Innenrings 1 unter einem flacheren Winkel 6 auf als die axial innere Keilfläche 22 b. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß bei rotierendem Innenring 1 zwischen Keilspitze 22 und Innenring 1 eine zum Gehäuseinneren gerichtete Sogwirkung entsteht, durch die zusätzlich der Austritt von Schmiermittel verhindert werden kann.The first sealing lip 9 is wedge-shaped in cross section and lies with the wedge tip 22 on the inner ring 1. The axially outer wedge surface 22 a points from the longer cylinder part 2 of the inner ring 1 at a shallower angle 6 than that axially inner wedge surface 22 b. This way it is ensured that with rotating inner ring 1 between the wedge tip 22nd and inner ring 1 a suction effect directed towards the housing interior is caused by the additional leakage of lubricant can be prevented.
Die sich radial erstreckende Ringscheibe 18 des Dichtkörpers 8 ist auf ihrer dem Spalt 19 zugewandten Seite mit radial verlaufenden Einschnitten 23 versehen. Auch dadurch wird die Abdichtung gegen Staubeintritt verbessert.
Der Zylinderteil 6 des Außenrings 5 hat am axial äußeren Ende 6 a einen abgestuften Bereich 24 mit geringerem Durchmesser.
The radially extending annular disk 18 of the sealing body 8 is provided on its side facing the gap 19 with radially extending incisions 23. This also improves the seal against dust ingress.
The cylinder part 6 of the outer ring 5 has a stepped region 24 with a smaller diameter at the axially outer end 6 a.
In diesem Bereich überdeckt der Dichtkörper 8 den Außenring 5, wobei ein Bereich 25 mit größerem Außendurchmesser als beim Zylinderteil 6 des Außenrings 5 gebildet ist. Dadurch kann der Außenring unter Kompression des aus elastomerem Material bestehenden Dichtkörpers 8 in die zugehörige Gehäusebohrung eingedrückt werden.In this area, the sealing body 8 covers the outer ring 5, with an area 25 having a larger outer diameter than is formed in the cylinder part 6 of the outer ring 5. Thereby the outer ring can be compressed by the elastomeric material existing sealing body 8 in the associated housing bore be pushed in.
Die Innenfläche 26 des längeren Zylinderteils 2 des Innenrings 1 ist mit einer festanhaftenden Schicht 27 aus elastomerem Material versehen. Die Befestigung des Innenrings an der Welle erfolgt ebenfalls unter Kompression des elastomeren Materials. Um den Haftungseffekt bei leichter Montierbarkeit und guter statischer Abdichtwirkung zu verbessern, kann die Schicht 27 noch mit nach innen weisenden ringförmigen Vorsprüngen 28 versehen werden.The inner surface 26 of the longer cylinder part 2 of the inner ring 1 is with a firmly adhering layer 27 made of elastomeric Provide material. The fastening of the inner ring the shaft also takes place with compression of the elastomer Material. To the liability effect with easy assembly and to improve the good static sealing effect Layer 27 still with annular projections facing inwards 28 are provided.
Der Dichtkörper 8 ist in an sich bekannter Weise durch Kleben oder Vulkanisieren mit dem Außenring 5 fest verbunden. Die Vorspannung der Dichtlippe 9 gegen den Innenring 1 wird in üblicher Weise durch einen Federring 29 oder ähnliche Mittel sichergestellt.The sealing body 8 is in a known manner by gluing or vulcanizing firmly connected to the outer ring 5. The Biasing of the sealing lip 9 against the inner ring 1 is in usually by a spring ring 29 or similar means ensured.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Dichtsystem für den Dichtspalt zwischen einem Gehäuse und einer im Gehäuse gelagerten Welle bereit gestellt, bei dem eine am Dichtkörper angeformte zweite und dritte Dichtlippe 10, 11 eine berührungslos wirkende Staubdichtung bilden, die anders als bei der gattungsmäßigen Vorrichtung verschleißfrei ist. Zusammen mit dem Spalt 19 bilden die Spalte 14 und 15 ein dreifach wirksames Labyrinthsystem, dessen Einzeldichtungen durch Pufferzonen voneinander getrennt sind. Insgesamt ist das Labyrinthsystem mindestens so wirksam wie die zwei am Innenring anliegenden Dichtlippen des bekannten Systems, die durch Schmierung dauerhaft nicht vor Verschleiß zu schützen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch ohne Fettvorrat verwendet werden und ist in der Herstellung nicht teurer als die bekannte Vorrichtung.The device according to the invention becomes a sealing system for the sealing gap between a housing and one in the housing mounted shaft provided, one on the sealing body molded second and third sealing lip 10, 11 a form a non-contact dust seal that differs from is wear-free in the generic device. Together with the gap 19, the columns 14 and 15 form a triple effective labyrinth system, the individual seals by Buffer zones are separated from each other. Overall, the labyrinth system at least as effective as the two on the inner ring adjacent sealing lips of the known system, the cannot be permanently protected from wear by lubrication are. The device according to the invention can also be used without fat can be used and is not expensive to manufacture than the known device.

Claims (13)

  1. A device for sealing off the annular gap between a housing and a shaft mounted in the housing, consisting essentially of
    an inner ring (1) which is produced in one piece with a longer cylindrical part (2) to be arranged coaxially to the shaft, with a radially outward-pointing flange part (3) adjoining said longer cylindrical part at the axially outer end (2a) of the latter, and with a shorter cylindrical part (4) adjoining said flange part and pointing towards the axially inner end (2b) of the longer cylindrical part (2) and having a larger diameter than said longer cylindrical part (2),
    an outer ring (5) which is formed in one piece from a cylindrical part (6) to be inserted into the housing and from a radially inward-pointing flange part (7) adjoining said cylindrical part at the axially outer end (6a), and
    an elastomeric sealing body (8) connected to the outer ring (5), with
    a first sealing lip (9) which bears under radial prestress on the inner ring (1) at a distance from the axially inner end (2b) of the latter,
    a second sealing lip (10) which is oriented towards the longer cylindrical part (2) of the inner ring (1), and
    a third sealing lip (11) which is oriented towards the flange part (3) of the inner ring (1),
    a gap (14, 15) being provided in each case between the ends (12, 13) of the second and third sealing lips (10, 11) and the opposite parts of the inner ring (1), so that a contact-free relative movement is possible between the inner ring (1) and these sealing lips (10, 11),
    the shorter cylindrical part (4) of the inner ring (1) being angled radially outwards on the end face, with the result that a flange-like part (17) serving as a splash ring is formed, and
    the sealing body (8) having a radially extending annular disc (18) which is located opposite the flange-like part (17) of the inner ring (1) at a distance formed by a gap (19),
    characterized
    in that the radially extending annular disc (18) of the sealing body (8) has, on its side facing the gap (19), indentations (23) which run radially.
  2. A device according to claim 1, characterized in that the second sealing lip (10) is in the form of a funnel narrowing towards the axially outer end (2a) of the inner ring (1).
  3. A device according to either of claims 1 and 2, characterized in that the third sealing lip (11) is in the form of a funnel widening towards the axially outer end (2a) of the inner ring (1).
  4. A device according to claim 3, characterized in that the third sealing lip (11) is in the form of a hollow cone frustum which extends in a trumpet-like manner towards the axially outer end (2a) of the inner ring (1).
  5. A device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the third sealing lip (11) extends into the space (16) formed between the longer and shorter cylindrical parts (2, 4) of the inner ring (1).
  6. A device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the longer cylindrical part (2) of the inner ring (1) has, at its axially outer end (2a), a portion (20) which widens in a cone-like manner.
  7. A device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the longer cylindrical part (2) of the inner ring (1) has, at its axially inner end (2b), a radially outward-pointing collar (21) or a plurality of radially outward-pointing angled portions distributed on the circumference.
  8. A device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the first sealing lip (9) is of wedge-shaped design in cross section and bears with the wedge tip (22) on the inner ring (1).
  9. A device according to claim 8, characterized in that the axially outer wedge face (22a) points away from the longer cylindrical part (2) of the inner ring (1) at a flatter angle than the axially inner wedge face (22b).
  10. A device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the cylindrical part (6) of the outer ring (5) has, at the axially outer end (6a), a stepped region (24) with a smaller diameter.
  11. A device according to claim 10, characterized in that the sealing body (8) covers the stepped region (24) and in this region (25) has a larger outside diameter than the cylindrical part (6) of the outer ring (5).
  12. A device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the inner face (26) of the longer cylindrical part (2) of the inner ring (1) has a firmly adhering layer (27) of elastomeric material.
  13. A device according to claim 12, characterized in that the layer (27) is provided with inward-pointing annular projections (28).
EP97102610A 1996-06-20 1997-02-19 Sealing device for an annular gap between a casing and a shaft Expired - Lifetime EP0814288B1 (en)

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